通信理论与系统
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2ASK、2FSK与2PSK性能比较
——通信理论与系统
学生姓名：石安伟
学生学号：201304703004
学生班级：研132 班
任课教师：毛雪松
2ASK 、2FSK 与2PSK 性能比较
通信的目的是远距离传递信息，虽然基带数字信号可以再传输距离不远的情况下直接传送，但如果要远距离传输时，特别是在无线或光纤信道上传输时，则必须经过调制将信号频谱搬移到高频处 才能在信道中传输。
实际上,是把数字基带信号的功率谱搬移到载频附近,形成数字频带调制信号。
数字信号的传输如同模拟信号的传输一样,也有三种基本的调制方式:幅度键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)。
幅度键控(ASK)是用数字基带信号单独控制载波的幅度,从而产生数字调制信号;移频键控(FSK)是用数字基带信号单独控制载波的频率,从而产生数字调制信号;移相键控(PSK)是用数字基带信号单独控制载波的相位,从而产生数字调制信号。
调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数值调制。
由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控(2ASK)、二进制移频键控（2FSK ）、二进制移相键控(2PSK)三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。
1、振幅键控2ASK
二进制ASK 信号是利用载波幅度的变化表征被传输信息状态的,被调载波的幅度随二进制信号序列的1,0状态变化,即用载波幅度的有无来代表传1或0。
通常又称其为通断键控(00K)信号。
二进制幅度调制信号的产生如图3-1所示，a 表示模拟法，b 表示键控法。
二进制ASK 信号可用下式描述:
2()()cos(2)ASK i s c i
S t a g t iT f t πθ=-+∑
式中i a ,对于单极性基带信号取值为1或者0,对于双极性基带信号取为土 1。
多进制数字调幅(MASK)是二进制2ASK 的推广,是用M 进制基带信号去调制载波cos2c f t π形成。
其数学表达式为-
{}
()()cos(2)
0,1,......1MASK i s c i
i S t a g t iT f t a M πθ=-+∈-∑
MASK 信号有与2ASK 信号完全相同的功率谱结构,其谱零点带宽是M 电平基带信号的符号速率1/s s R T =的2倍。
2ASK 系统的解调方法： 相干解调（同频同相相乘）
c
BPF:保证信号顺利通过，滤除带外噪声；LPF ：平滑信号。
非相干解调（包络检测）
)
定时脉冲
2ASK 在MATLAB 下的仿真如图所示：
2、移频键控FSK
移频键控是用不同频率的载波来传递数字信息的。
二进制移频键控是用两个不同频率的载波来代表数字信号中的两个电平,即传“1”时,发送频率为fl 的余弦信号;表示空号“0”时,则发送频率为f2的余弦信号,二进制频率调制信号的产生如图3-1所示，a 表示模拟法，b 表示键控法。
()
t
()
FSK t a
b
2FSK 可表示为：
11222cos(2)1
()cos(2)
n FSK n A f t a S t A f t a πθπθ+=⎧⎪
=⎨
⎪+=⎩
对于二进制和多进制的FSK 信号可统一表示为：
12()cos[2()]
{,,........}
FSK s c i i
i M S A g t iT f f t f f f f πθ=-++∈∑
式中,M 进制对应i f 有M 种频率, θ可能有M 种不同相位,本文采用相同的相
位值。
2FSK的解调方式有：
相干检测法：一路2FSK视为两路2ASK信号的合成。
包络检波法：一路2FSK视为两路2ASK信号的合成。
鉴频法：模拟法、FM解调。
过零检测法：2FSK特有。
单位时间内信号经过零点的次数多少，可以用来衡量频率的高低。
差分检波法：差分相干的方法。
但本地载波来自输入信号本身的延迟。
2FSK在MATLAB下的仿真如图所示：
3、移相键控PSK
移相键控有两种方式:一种是绝对移相键控,即PSK,它是利用载波的不同相位直接表示基带信号的方式;另一种是相对移相键控,即DPSK,它是利用前后码元载波的相位变化来表示数字信息,故又称为差分移相。
PSK 信号一般表达式为：
()()cos(2)
2(1),1,2,......,PSK s c i i
i S t A g t iT f t m m M M πφπφ=-+⎧⎫
∈-=⎨
⎬⎩⎭
∑
将上式展开后可得到
()()cos cos 2()sin sin 2()cos 2()sin 2PSK s i c s i c i i c c S t A g t iT f t A g t iT f t AI t f t AQI t f t
φπφπππ⎡⎤⎡⎤
=---=
⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦
-∑∑因此，PSK 信号等效于正交双边带调制。
2PSK 只可相干解调，不可包检。
2PSK 在MATLAB 下的仿真如图所示：
4、二进制数字调制系统的性能比较 1） 误码率
在数字通信中，误码率是衡量数字通信系统最重要性能指标之一。
表列出了各种二进制数字调制系统误码率公式。
应用这些公式时要注意的一般条件是：接收机输入端出现的噪声是均值为0的高斯白噪声；未考虑码间串扰的影响；采用瞬时抽样判决；要注意的特殊条件已在表的备注中注明。
表中所有计算误码率的公式都仅是的函数。
式中，
是解调器输入端的信号噪声功率比。
对二进制数字调制系统的抗噪声性能做如下两个方面的比较： （1）同一调制方式不同检测方法的比较
对表做纵向比较，可以看出，对于同一调制方式不同检测方法，相干检测的抗噪声性能优于非相干检测。
但是，随着信噪比的增大，相干与非相干误码性能的相对差别越不明显。
另外，相干检测系统的设备比非相干的要复杂。
（2）同一检测方法不同调制方式的比较 对表5-1做横向比较，可以看出：
1）相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2PSK比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB；
2）非相干检测时，在相同误码率条件下，对信噪比的要求是：2DPSK 比2FSK小3dB，2FSK比2ASK小3dB。
反过来，若信噪比一定，2PSK系统的误码率低于2FSK系统，2FSK 系统的误码率低于2ASK系统。
因此，从抗加性白噪声上讲，相干2PSK性能最好，2FSK次之，2ASK最差。
2）频带宽度
各种二进制数字调制系统的频带宽度也示于表5-1中，其中为传输码元的时间宽度。
从表可以看出，2ASK系统和2PSK（2DPSK）系统频带宽度相同，均为，是码元传输速率的二倍；2FSK系统的频带宽度近似为，大于2ASK系统和2PSK（2DPSK）系统的频带宽度。
因此，从频带利用率上看，2FSK调制系统最差。
3）对信道特性变化的敏感性
信道特性变化的灵敏度对最佳判决门限有一定的影响。
在2FSK系统中，是比较两路解调输出的大小来做出判决的，不需人为设置的判决门限。
在2PSK系统中，判决器的最佳判决门限为0，与接收机输入信号的幅度无关。
因此，判决门限不随信道特性的变化而变化，接收机总能工作在最佳判决门限状态。
对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限为（当时），它与接收机输入信号的幅度有关。
当信道特性发生变化时，接收机输入信号的幅度将随之发生变化，从而导致最佳判决门限随之而变。
这时，接收机不容易保持在最佳判决门限状态，误码率将会增大。
因此，从对信道特性变化的敏感程度上看，2ASK调制系统最差。
当信道有严重衰落时，通常采用非相干解调或差分相干解调，因为这时在接收端不易得到相干解调所需的相干参考信号。
当发射机有严格的功率限制时，则可考虑采用相干解调，因为在给定的传码率及误码率情况下，相干解调所要求的信噪比比非相干解调小。
4）设备的复杂程度
就设备的复杂度而言，2ASK、2PSK及2FSK发端设备的复杂度相差不多，而接收端的复杂程度则和所用的调制和解调方式有关。
对于同一种调制方式，相干解调时的接收设备比非相干解调的接收设备复杂；同为非相干解调时，2DPSK 的接收设备最复杂，2FSK次之，2ASK的设备最简单。
通过从以上几个方面对各种二进制数字调制系统进行比较可以看出，在选择调制和解调方式时，要考虑的因素是比较多的。
只有对系统要求做全面的考虑，并且抓住其中最主要的因素才能做出比较正确的选择。
如果抗噪声性能是主要的，则应考虑相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；如果带宽是主要的因素，则应考虑2PSK、相干2PSK、2DPSK以及2ASK，而2FSK最不可取；如果设备的复杂性是一个必须考虑的重要因素，则非相干方式比相干方式更为适宜。
目前，在高速数据传输中，相干PSK及DPSK用得较多，而在中、低速数据传输中，特别是在衰落信道中，相干2FSK用得较为普遍。
